變頻器的探究

1、目 錄變頻器的探究目 錄前言.1第一章 變頻器的發(fā)展、組成及原理.11.1變頻器的概述.11.2直流電動機與交流電動機的比較.21.3通用變頻器的發(fā)展.21.4變頻器的組成與分類.31.5變頻器的基本分類.51.6變頻器的基本原理81.7 變頻器的前景展望 .101.8本章小結.14第二章 變頻器工程中的選用.142.1變頻器的選擇.142.2變頻器的安裝.152.3工作環(huán)境的要求.152.4本章小結.15第三章 變頻器的維護.163.1變頻器外部引起的故障.163.2變頻器內部引起的故障.173.3本章小結.17第四章 變頻器過電壓故障原因分析及對策.174.1變頻器過電壓的危害.174.2

2、產生變頻器過電壓的原因 .184.3過電壓故障處理對策 .19第五章 變頻器常見干擾故障分析及對策.215.1外界對變頻器的干擾.225.2變頻器對周邊設備的干擾及對策.22結論.25致 謝.25參 考 文 獻.25佳木斯大學教務處 - 1 -綜合實訓（報告）用紙 前 言1變頻器的發(fā)展起步變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換技術的不斷發(fā)展。起初,變頻技術只局限于變頻不能變壓。20世紀70年代開始,脈寬調制變壓變頻(PWM-VVVF)調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代,作為變頻技術核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣,并得出諸多優(yōu)化模式,

3、如:調制波縱向分割法、同相位載波PWM技術、移相載波PWM技術、載波調制波同時移相PWM技術等。 VVVF變頻器的控制相對簡單,機械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調速要求,已在產業(yè)的各個領域得到廣泛應用。但是,這種控制方式在低頻時,由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉矩減小。2 矩陣式交交變頻器產生的背景 矢量控制變頻調速的做法是:將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相二相變換,等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Iml、Itl,然后模仿直流電動機的控制方法,求得直流電動機的控制量,經過相應的坐標反變換,實現(xiàn)對異步電動機的控制。 直接轉

4、矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型,控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機化成等效直流電動機,因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算;它不需要模仿直流電動機的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。 VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低,諧波電流大,直流回路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網,即不能進行四象限運行。為此,矩陣式交交變頻應運而生。 第一章 變頻器的發(fā)展、組成及原理1.1、變頻器的概述直流調速系統(tǒng)具有較優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標，因此，在過去很長時期內，調速傳動領域大多為直流電動機調速系統(tǒng)。如

5、今，由于全控型電力電子器件（如BJT、IGBT）的發(fā)展、SWPM專用集成芯片的開發(fā)、交流電動機矢量變換控制技術以及單片微型計算機的應用，使得交流調速的性能獲得極大的提高，在許多方面已經可以取代直流調速系統(tǒng)，特別是各類通用變頻器的出現(xiàn)，使交流調速已逐漸成為電氣傳動中的主流人們所說的交流調速傳動，主要是指采用電子式電力變換器對交流電動機的變頻調速傳動。除變頻以外的另一些簡單的調速方案，例如變極調速、定子調壓調速、轉差離合器調速等，雖然仍在特定場合有一定的應用，但由于其性能較差，終將會被變頻調速所取代。交流調速傳動控制技術之所以發(fā)展得如此迅速，和如下一些關鍵性技術的突破性進展有關，它們是電力電子器件

6、（包括半控型和全控型器件）的制造技術、基于電力電子電路的電力變換技術、交流電動機的矢量變換控制技術、直接轉矩控制技術、PWM（Pulse Width Modulation）技術以及以微型計算機和大規(guī)模集成電路為基礎的全數字化控制技術等。 1.2直流電動機與交流電動機的比較眾所周知，直流調速系統(tǒng)具有較為優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標。在很長的一個歷史時期內，調速傳動領域基本上被直流電動機調速系統(tǒng)所壟斷。直流電動機雖有調速性能好的優(yōu)越，但也有一些固有的難于克服的缺點，主要是機械式換向器帶來的弊端。交流電動機的優(yōu)點容量、電壓、電流和轉速的上限，不像直流電動機那樣受限制；結構簡單、造價低；堅固耐用，事故率低，

7、容易維護。 1.3通用變頻器的發(fā)展60年代中期，普通晶閘管、小功率晶體管的實用化，使交流電動機變頻調速也進入了實用化。采用晶閘管的同步電動機自控式變頻調速系統(tǒng)、采用電壓型或電流型晶閘管變頻器的籠型異步電動機調速系統(tǒng)（包括不屬變頻方案的繞線轉子異步電動機的串級調速系統(tǒng)）等先后實現(xiàn)了實用化，使變頻調速開始成為交流調速的主流此后的20多年中，電力電子技術和微電子技術以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調速傳動技術也隨之取得了日新月異的進步。1.3.1變頻器的快速發(fā)展：（1）變頻裝置的大容量化 對一些大型生產機械的主傳動，直流電動機在容量等級方面已接近極限值，采用直流調速方案無論在設計和制造上都已十分困難。為了

8、適應大容量的高壓電動機，采用直接高壓型PWM變頻器來控制高壓電動機，發(fā)展較迅速。（2）主開關器件的自關斷化 近十幾年，大功率自關斷電力電子器件的發(fā)展十分迅速，其中“門極關斷晶閘管（GTO）、雙極晶體管（BJT）/電力晶體管（GTR）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）”的發(fā)展最快，實用化的程度也最高。采用自關斷器件省去了線路復雜、體積較大的強迫換相電路，既可以減小裝置體積，又降低了開關損耗提高了效率。同時，由于開關頻率的提高，變流器可采用PWM控制，既降低諧波損耗、減小轉矩脈動，又可以提高快速性、改善功率因數。優(yōu)點是很多的。據統(tǒng)計，目前變頻器中的開關器件，容量為 1500kW以下的采用IGBT；1

9、0007500kW的采用GTO。 （3）變頻裝置的高性能化早期的變頻調速系統(tǒng)，基本上是采用U/F控制，無法得到快速的轉矩響應，低速特性也不好（負載能力差）。1971年德國西門子公司發(fā)明了所謂“矢量控制”技術。一改過去傳統(tǒng)方式中僅對交流電量的量值（電壓、電流、頻率的量值）進行控制的方法，實現(xiàn)了在控制量值的同時也控制其相位的新控制思想。使用坐標變換的辦法，實現(xiàn)定子電流的磁場分量和轉矩分量的解耦控制，可以使交流電動機像直流電動機一樣具有良好的調速性能。 （4）PWM技術的應用 PWM：（Pulse Width Modulation）脈寬調制技術。自關斷器件的發(fā)展為PWM技術鋪平了道路。目前幾乎所有的

10、變頻調速裝置都采用這一技術。PWM技術用于變頻器的控制，可以改善變頻器的輸出波形，降低電動機的諧波損耗，并減小轉矩脈動，同時還簡化了逆變器的結構，加快了調節(jié)速度，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應性能。PWM技術除了用于逆變器的控制，還用于整流器的控制。PWM整流器現(xiàn)已開發(fā)成功，利用它可以實現(xiàn)輸入電流正弦和電網功率因數為1。人們稱PWM整流器是對電網無污染的“綠色”交流器。1.4、變頻器的組成與分類1、4、1變頻器的主回路電壓型變頻器主電路包括：整流電路、中間直流電路、逆變電路三部分組，交-直-交型變頻器結構見附圖11）整流電路： VD1VD6組成三相不可控整流橋，220V系列采用單相全波整流橋電路；380

11、V系列采用橋式全波整流電路。2）中間濾波電路：整流后的電壓為脈動電壓，必須加以濾波；濾波電容CF除濾波作用外，還在整流與逆變之間起去耦作用、消除干擾、提高功率因素，由于該大電容儲存能量，在斷電的短時間內電容兩端存在高壓電，因而要在電容充分放電后才可進行操作。3）限流電路：由于儲能電容較大，接入電源時電容兩端電壓為零，因而在上電瞬間濾波電容CF的充電電流很大，過大的電流會損壞整流橋二極管，為保護整流橋上電瞬間將充電電阻RL串入直流母線中以限制充電電流，當CF充電到一定程度時由開關SL將RL短路。4）逆變電路： 逆變管V1V6組成逆變橋將直流電逆變成頻率、幅值都可調的交流電，是變頻器的核心部分。常

12、用逆變模塊有：GTR、BJT、GTO、IGBT、IGCT等，一般都采用模塊化結構有2單元、4單元、6單元5）續(xù)流二極管D1D6：其主要作用為：（1）電機繞組為感性具有無功分量，VD1VD7為無功電流返回到直流電源提供通道（2）當電機處于制動狀態(tài)時，再生電流通過VD1VD7返回直流電路。（3）V1V6進行逆變過程是同一橋臂兩個逆變管不停地交替導通和截止，在換相過程中也需要D1D6提供通路。6）緩沖電路由于逆變管V1V6每次由導通切換到截止狀態(tài)的瞬間，C極和E極間的電壓將由近乎0V上升到直流電壓值UD，這過高的電壓增長率可能會損壞逆變管，吸收電容的作用便是降低V1V6關斷時的電壓增長率。7）制動單

13、元電機在減速時轉子的轉速將可能超過此時的同步轉速（n=60f/P）而處于再生制動（發(fā)電）狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能將反饋到直流電路中使直流母線（濾波電容兩端）電壓UD不斷上升（即所說的泵升電壓），這樣變頻器將會產生過壓保護，甚至可能損壞變頻器，因而需將反饋能量消耗掉，制動電阻就是用來消耗這部分能量的。制動單元由開關管與驅動電路構成，其功能是用來控制流經RB的放電電流IB 1、5變頻器的基本分類變頻器總體分為“交-交變頻器”與“交-直-交變頻器”兩種： 交-交變頻器在結構上沒有明顯的中間直流環(huán)節(jié)（或者叫“中間直流儲能環(huán)節(jié)”、或“中間濾波環(huán)節(jié)”），來自電網的交流電被直接變換為電壓、頻率均可調的交流電，所

14、以稱為直接式變頻器。交-直-交變頻器有明顯的中間直流環(huán)節(jié)，工作時，首先把來自電網的交流電變換為直流電，經過中間直流環(huán)節(jié)之后，再通過逆變器變換為電壓、頻率均可調的交流電，故又稱為間接式變頻器。1、5、1交-直-交變頻器（間接式變頻器）分類（一）、按直流電源的性質分類交-直-交變頻器中間直流環(huán)節(jié)是電容性還是電感性，可以將其劃分為電壓（源）型或電流（源）型。當逆變器輸出側的負載為交流電動機時，在負載和直流電源之間將有無功功率的交換。用于緩沖無功功率的中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件可以是電容或是電感，據此，變頻器分成電壓型變頻器和電流型變頻器兩大類。1、5、2電流型變頻器電流型變頻器主電路的典型構成方式如圖。

15、其特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能環(huán)節(jié)，無功功率將由該電感來緩沖。圖 電流型變頻器的主電路（1） “電流型變頻器”的名稱由來：由于電感的作用，直流電流Id趨于平穩(wěn)，電動機的電流波形為方波或階梯波，電壓波形接近于正弦波。直流電源的內阻較大，近似于電流源，故稱為電流源型變頻器或電流型變頻器。（2）電流型變頻器優(yōu)點：電流型變頻器的一個較突出的優(yōu)點是，當電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)時，回饋到直流側的再生電能可以方便地回饋到交流電網，不需在主電路內附加任何設備，只要利用網側的不可逆變流器改變其輸出電壓極性（控制角a900）即可。（3） 應用場合：電流型變頻器可用于頻繁急加減速的大容量電動機的傳動。在大容量

16、風機、泵類節(jié)能調速中也有應用。1、5、3電壓型變頻器 電壓型變頻器典型的一種主電路結構形式如圖所示。其中用于逆變器晶閘管的換相電路未畫出。變頻器的每個導電臂，均由一個可控開關器件和一個不控器件（二極管）反并聯(lián)組成。晶閘管VT1VT6稱為主開關器件，VD1VD6稱為回饋二極管。(1)電路的特點是，中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件采用大電容，負載的無功功率將由它來緩沖。圖 電壓型變頻器的主電路(2)“電壓型變頻器”的名稱由來：由于大電容的作用，主電路直流電壓Ed比較平穩(wěn)，電動機端的電壓為方波或階梯波，電流波形與負載的阻抗角有關。直流電源內阻比較小，相當于電壓源，故稱為電壓源型變頻器或電壓型變頻器。(3)按輸

17、出電壓調節(jié)方式分類變頻調速時，需要同時調節(jié)逆變器的輸出電壓和頻率，以保證電動機主磁通的恒定。對輸出電壓的調節(jié)主要有兩種方式： PAM：脈沖幅值調節(jié)（Pulse Amplitude Modulation） PWM：脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation） 脈沖幅值調節(jié)方式是通過改變直流電壓的幅值進行調壓的方式。在PAM變頻器中，逆變器只負責調節(jié)輸出頻率，而輸出電壓的調節(jié)則由相控整流器或直流斬波器通過調節(jié)直流電壓Ed去實現(xiàn)。 圖 采用直流斬波器的PAM方式1、6變頻器的基本原理變頻器的工作原理是通過控制電路來控制主電路，主電路中的整流器將交流電轉變?yōu)橹绷麟?，直流中間電路將直流電

18、進行平滑濾波，逆變器最后將直流電再轉換為所需頻率和電壓的交流電，部分變頻器還會在電路內加入CPU等部件，來進行必要的轉矩運算。交一直一交變頻器主電路1、6、1單項橋式逆變器基本的工作原理S1S4是橋式電路的4個臂，由電力電子器件及輔助電路組成。 S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負載電壓uo為正。S1、S4斷開，S2、S3閉合時，負載電壓uo為負。逆變電路最基本的工作原理 改變兩組開關切換頻率，可改變輸出交流電頻率電阻負載時，負載電流io和uo的波形相同，相位也相同。 阻感負載時，io相位滯后于uo，波形也不同。 圖 逆變電路及其波形舉例換流：電流從一個支路向另一個支路轉移的過程，也稱為換相。

19、 開通：適當的門極驅動信號就可使器件開通。關斷：全控型器件可通過門極關斷。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關斷。一般在晶閘管電流過零后施加一定時間反壓，才能關斷。研究換流方式主要是研究如何使器件關斷。 1、6、2三相電壓型逆變電路；三個單相逆變電路可組合成一個三相逆變電路,應用最廣的是三相橋式逆變電路圖 三相電壓型橋式逆變電路 基本工作方式180導電方式 每橋臂導電180，同一相上下兩臂交替導電，各相開始導電的角度差120 。任一瞬間有三個橋臂同時導通。每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。 tOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuU

20、ViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62Ud31、7 變頻器的前景展望 近年來，隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發(fā)展，交流傳動與控制技術成為目前發(fā)展最為迅速的技術之一，電氣傳動技術面臨著一場歷史革命，即交流調速取代直流調速和計算機數字控制技術取代模擬控制技術已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優(yōu)異的調速和起制動性能，高效率、高功率因數和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。深入了解交流傳動與控制技術的走向，具有十分積極的意義 1、7、1變

21、頻器調速運行的節(jié)能原理 實現(xiàn)變頻調速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅動電路、保護電路以及控制器（MCUDSP）等部分組成。首先將單相或三相交流電源通過整流器并經電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調速對Uf協(xié)調控制的要求。PWM的優(yōu)點是能消除或抑制低次諧波，使負載電機在近正弦波的交變電壓下運行，轉矩脈沖小，調速范圍寬。 采用PWM控制方式的電機轉速受到上限轉速的

22、限制。如對壓縮機來講，一般不超過7000rrain。而采用PAM控制方式的壓縮機轉速可提高15倍左右，這樣大大提高了快速增速和減速能力。同時，由于PAM在調整電壓時具有對電流波形的整形作用，因而可以獲得比PWM更高的效率。此外，在抗干擾方面也有著PWM無法比擬的優(yōu)越性，可抑制高次諧波的生成，減小對電網的污染。采用該控制方式的變頻調速技術后，電機定子電流下降64 ，電源頻率降低30 ，出膠壓力降低57 。由電機理論可知，異步電機的轉速可表示為： n=60f 8（18）p f s為電機定子頻率（也即是電網頻率），P電機定子的繞組極對數，s為轉差率。由上式可知，只要轉差率不太大，可以近似認為轉速n與

23、f s成正比，這就意味著連續(xù)平滑的改變電源頻率，就可以實現(xiàn)交流電動機大范圍的連續(xù)平滑調速。例如一個額定轉速3000轉分的電動機，由變頻器供電，若啟動頻率設定為5HZ，那么變頻器可以運行在550HZ之間的任一頻率上，則電動機可以運行在30o3000轉分之間的任一轉速上電動機由市電啟動，啟動平衡，力矩大又節(jié)能。 50HZ380V的市電經過整流濾波環(huán)節(jié)后成為直流電，再經過逆變環(huán)節(jié)變成了頻率和幅度都可調的交流電。在變頻器主回路中電能經過了交流 直流 交流的變換，所以這類變頻器稱作交 直 交類變頻器。 1、7、2 我國變頻器技術的發(fā)展及應用概況 （一）變頻器的發(fā)展 隨著生產技術的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱

24、環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存，直流電機的維護量加大，單機容量、最高轉速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉向結構簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調速性能難以滿足生產的需要。于是，從20世紀30年代開始，人們致力于交流調速技術的研究，然而進展緩慢。在相當長的時期內，直流調速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領域。20世紀60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術、控制技術和微電子技術的飛速發(fā)展，使得交流調速性能可以與直流調速相媲美。目前，交流調速已進入逐步代替直流調速的時代。 （二）我國變頻器的應用 變頻器主要用于交流電動機（異步電機或同步電機）轉速的調節(jié)，是公

25、認的交流電動機最理想、最有前途的調速方案，除了具有卓越的調速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術改造和產品更新?lián)Q代的理想調速裝置。自上世紀80年代被引進中國以來，變頻器作為節(jié)能應用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應用。 、變頻器與節(jié)能 變頻器產生的最初用途是速度控制，但目前在國內應用較多的是節(jié)能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在2003年的中國電力消耗中，6070為動力電，而在總容量為58億千瓦的電動機總容量中，只有不到2000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據分析，在中國，帶變動負載、具有節(jié)能潛力的電機至少有18億千瓦。因此國家大力提倡

26、節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調速技術。 應用變頻調速，可以大大提高電機轉速的控制精度，使電機在最節(jié)能的轉速下運行。以風機水泵為例，根據流體力學原理，軸功率與轉速的三次方成正比。當所需風量減少，風機轉速降低時，其功率按轉速的三次方下降。因此，精確調速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動負載電機一般按最大需求來生產電動機的容量，故設計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高。如采用變頻調速，可大大提高輕載運行時的工作效率。因此，變動負載的節(jié)能潛力巨大。 作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長，同時，國家電改方案對電廠的成本控制提

27、出了要求，降低內部電耗成為電廠關注焦點，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，尤其是高壓變頻器和大功率變頻器。 、變頻器與工藝控制（速度控制） 目前，中國的設備控制水平與發(fā)達國家相比還比較低，制造工藝和效率都不高，因此提高設備控制水平至關重要。由于變頻調速具有調速范圍廣、調速精度高、動態(tài)響應好等優(yōu)點，在許多需要精確速度控制的應用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質量和生產效率的顯著作用。 、變頻家電 除了工業(yè)相關行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費、提高家電性能、保護環(huán)境等受到越來越多的關注，變頻家電成為變頻器的另一個廣闊市場和應用趨勢。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機、家用空調等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪

28、音、提高控制精度等方面有很大的優(yōu)勢。 20世紀70年代,家用電器開始逐步變頻化,出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應加熱)飯堡、變頻洗衣機等4。 20世紀末期期,家用電器則依托變頻技術,主要瞄準高功能和省電。 首先是電冰箱,由于它處于全天工作,采用變頻制冷后,壓縮機始終處在低速運行狀態(tài),可以徹底消除因壓縮機起動引的噪聲,節(jié)能效果更加明顯。其次,空調器使用變頻后,擴大了壓縮機的工作范圍,不需要壓縮機在斷續(xù)狀態(tài)下運行就可實現(xiàn)冷、暖控制,達到降低電力消耗,消除由于溫度變動而引起的不適感。近年來,新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實現(xiàn)靜音化,而且利用高速運行能實現(xiàn)

29、快速冷凍。 在洗衣機方面,過去使用變頻實現(xiàn)可變速控制,提高洗凈性能,新流行的洗衣機除了節(jié)能和靜音化外,還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內容;電磁烹任器利用高頻感應加熱使鍋子直接發(fā)熱,沒有燃氣和電加熱的熾熱部分,因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高于聽覺之上,從而消除了飯鍋振動引起的噪聲。1、7、3 國內變頻技術的現(xiàn)狀和發(fā)展前景 國內已經有較多的變頻器生產廠，但大部分的產品都是VF控制和電壓空間矢量控制變頻器，使用在調速精度和動態(tài)性能要求不高的負載上應該沒有問題。工業(yè)應用中絕大部分都是這種負載，變頻器在這種場合應用最重要的要求是可靠性，國產變頻器占國內市場份額不高的主要原因是產

30、品品質不過硬。VF控制和電壓空間矢量控制變頻器比矢量控制變頻器從技術上來看要簡單得多，由于國內廠家大部分都是手工作坊式的生產，工藝欠佳，檢測手段有限，品質的一致性和穩(wěn)定性難以保證。同樣是VF控制的變頻器，國外的產品比國內的產品品質要好，這可能是生產工藝方面的差距。差距最大的是半導體功率器件的制造業(yè)，至今在國內這仍是一個空白。 變頻器技術的另外一個層面是應用技術。多年來，國家經貿委一直會同國家有關部門致力于變頻器技術的開發(fā)及推廣應用，在技術開發(fā)及技術改造方面給予了重點扶持，組織了變頻調速技術的評測推薦工作，并把推廣應用變頻調速技術作為風機、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向，同時鼓勵單位開展同貸同還

31、方式，抓開發(fā)、抓示范工程、抓推廣應用，還處理了風機、水泵節(jié)能中心，開展信息咨詢和培訓。19951997年，3年間我國風機、水泵變頻調速技術改造投入資金35億元，改造總容量達100萬千瓦，可年節(jié)電7億度，平均投資回收期約2年。據有關資料表明，我國變頻調速技術應用已經取得了相當大的成績，每年有數十億元的銷售額，說明我國的變頻器應用已非常廣泛。從簡單的手動控制到基于RS一485網絡的多機控制，與計算機和PLC聯(lián)網組成復雜的控制系統(tǒng)。在大型綜合自動化系統(tǒng)，先進控制與優(yōu)化技術，大型成套專用系統(tǒng)，如連鑄連軋生產線、高速造紙生產線、電纜光纖生產線、化纖生產線、建材生產線等，變頻器的作用是電氣傳動控制，其控制

32、的復雜性、控制精度和動態(tài)響應都有很高的要求，已經完全取代了直流調速技術。近年來，變頻器在功能上，利用先進的控制理論，開發(fā)出了諸如卷取、提升、主從等控制功能，使應用系統(tǒng)的構成更加方便和容易，使變頻器的應用技術提高到一個新的水平。 1、8 本章小結 變頻調速這一技術正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢應用變頻調速技術也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產出的設備較多的企業(yè)，采用變頻調速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經濟利益，同時這也是國民經濟可持續(xù)發(fā)展的需要。第二章 變頻器工程中的選用2、1變頻器的選擇 品牌的選擇目前，國內市場上的變頻器品牌多達上百種

33、，應根據項目的預算，項目要求和個人熟悉程度等多種因素綜合考慮品牌和型號。就市場占有量來說，日本的東芝、三菱、富士、松下等大公司是世界上重要的變頻器生產廠家，在我國有較大的市場份額；ABB、西門子、施耐德等歐美品牌也相繼進入中國；LG、三星、現(xiàn)代重工等韓國的后起之秀也在爭奪中國市場；當然，國內的臺達、臺安、時代、康沃等公司也占有一席之地。總體而言，歐美國家的產品以性能先進、環(huán)境適應能力強而著稱；日本產品以外型小巧、功能豐富而聞名；我國港澳臺的產品以功能簡單實用而流行；大陸產品則以價格低廉、功能專用、簡單而廣泛應用。 2、1、1類型的選擇工業(yè)中使用的變頻器可以分為通用變頻器和專用變頻器兩大類，主要

34、技術指標有：控制方式、啟動轉矩、轉矩和轉速控制精度、控制信號種類、速度控制方式、通信借口等等。變頻器的操作方式靈活，接口易和上位機通信，從實際應用角度看，中小型容量的變頻器以U/f控制方式為主，屬于通用型變頻器，還有一類具有矢量控制功能的變頻器，性能好、價格高，但價格也比U/f控制的要貴的多；而直接轉矩控制方式的變頻器動態(tài)性能好，轉矩控制精度高，代表了當代變頻器技術的最高水平。 2、1.2其它應考慮的問題 （1）選擇合適的容量：應以電動機的額定電流和負載特性為依據，總的負載電流不超過變頻器的額定電流，頻繁工作或重載時可增大容量。 (2)考慮負載的類型：根據實際負載，存在恒功率負載、恒轉矩負載、

35、降轉矩負載三種類型。風機類、泵類負載屬于降轉矩負載特性，一般宜采用具有U/f恒壓頻比控制的變頻器；提升機、吊車、注塑機、運輸機、傳送帶、攪拌機等摩擦類負載和位能負載基本屬于恒轉矩負載，采用具有轉矩控制功能的高功能型變頻器是比較理想的；金屬切削機床的主軸和軋機、造紙機、薄膜生產線中的卷取機、開卷機等都屬于恒功率負載，可采用變極電動機與變頻器相結合或者機械變速與變頻器結合的方法實現(xiàn)。 (3)專用變頻器：注塑機、抽油機、紡織機械、電梯、風機、水泵、空調、礦山機械等領域，可選擇在本行業(yè)有應用特長的專用變頻器，往往有意想不到的效果。 2、2變頻器的安裝 (1)墻掛式安裝：變頻器與周圍物體之間的距離應滿足

36、兩個條件：兩側100mm上下150mm。 (2)柜式安裝：單臺變頻器安裝應盡量采用柜外冷卻方式（環(huán)境比較潔凈，塵埃少時）；單臺變頻器采用柜內冷卻方式時，應在柜頂安裝抽風式冷卻風扇，并盡量裝在變頻器的正上方；多臺變頻器安裝應盡量并列安裝，如必須采用縱向方式安裝，應在兩臺變頻器間加裝隔板，不論哪種方式，變頻器應垂直安裝。 2、3工作環(huán)境的要求： 為了保證安全可靠，使用時應留有余地。一般，變頻器的工作溫度應控制在040；運行中的環(huán)境溫度允許值多為-1050；周圍環(huán)境的濕度推薦為40%90%；安裝場所的海拔高度為1000m以下，海拔越高，冷卻效果越差，由1500m開始，每超過100m，容許溫升就下降1

37、%。此外，還應注意周圍用電設備的電磁干擾和因雷擊等自然因素引起的環(huán)境問題。2、4本章小結據統(tǒng)計，工業(yè)用電中60%70%的電量被電動機所消耗，而這些電中，又有約90%被三相交流異步電動機所消耗，可見電動機用量之大。變頻器的出現(xiàn)，使得交流電動機調速困難、交變速設備結構復雜且效率和可靠性不盡人意的缺點得以改善。在我國，變頻器已在各行各業(yè)得到推廣應用，基于變頻器的交流電機變頻調速系統(tǒng)具有調速方便、體積小、噪聲小、能耗低、保護功能完善、組態(tài)靈活、可靠性強、智能化、數字化、網絡化、易維護等特點，每年以20%的遞增量在發(fā)展。因此，合理的使用和維護變頻器對自動化工程人員來說至關重要。 第三章 變頻器的維護 變

38、頻器由許多集成芯片，電子元器件等組成，裝置較為復雜，壽命一般小于10年，使用過程中不可避免的會出現(xiàn)各種故障，正確的維護，簡單的檢修可 保證生產生活的正常進行。3.1變頻器外部引起的故障 1變頻器的工作環(huán)境。溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，可安裝散熱裝置并避免日光直射以避免溫度過高；振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，可安裝在振動沖擊較小的部位或者采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等會造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路，可對控制柜進行防腐防塵處理，并采用封閉式結構。 2外部的電磁感應干擾。外部的電磁感應干擾可能會引起控制回路誤動作，造成工作不正?；蛲C，嚴重時甚

39、至損壞變頻器?？刹捎靡韵路椒ㄒ种圃肼暩蓴_:采用屏蔽線回路接地端子單獨使用；縮短控制回路的配線距離周圍的繼電器、接觸器線圈上加裝RC吸收器；輸入端安裝噪聲濾波器。 3電源異常。為保證設備的正常運行，對變頻器供電電源也有相應的要求。如果附近有直接起動電動機和電磁爐等設備，應和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響。對于要求瞬時停電后仍能繼續(xù)運行的場合，除選擇合適價格的變頻器外，還應預先考慮負載電機的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補償方式，當電壓回復后，通過速度追蹤和測速電機的檢測來防止在加速中的過電流。對于要求不能停止運行的設備，要對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。 4雷擊、感應雷電。雷擊或

40、感應雷擊形成的沖擊電壓有時也能造成變頻器的損壞。此外，當電源系統(tǒng)一次側帶有真空斷路器時，斷路器開閉也能產生較高的沖擊電壓。變壓器一次側真空斷路器斷開時，通過耦合在二次側形成很高的電壓沖擊尖峰。為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。當使用真空斷路器時，應盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。如變壓器一次側有真空斷路器，因在控制順序上應在真空斷路器動作前先將變頻器斷開。 3.2變頻器內部引起的故障 3.2.1參數設置引起的故障。應多注意電動機參數、變頻器控制方式和啟動方式的設定等，若發(fā)生參數設置故障，可根據故

41、障代碼或產品說明書進行參數修改，必要時可恢復出廠值，重新設置。 3.2.2過電流和過載。如果變頻器一上電就報過流故障，可能是整流橋或逆變管損壞，需予以更換；若去掉電動機不再報警，可能是變頻器和電機間存在斷路；若運行中，出現(xiàn)機械卡死、重載、加速時間設置過短或負載突變也有可能引起過流，應從上述可能性逐一排查。 3.2.3過電壓和欠電壓。過電壓主要體現(xiàn)為電機拖動大慣性負載或多電機拖動同一負載時由于負荷分配不均引起；欠電壓主要由電源電壓過低或缺相、一個直流母線上的電壓過低或欠壓檢測元件出現(xiàn)問題引起，可檢查供電電壓是否正常，更換故障元件或維修相應檢測電路 3.2.4過熱故障。應注意變頻器的環(huán)境溫度，盡量

42、通風，檢查變頻器風扇等。 3、3本章小結 不同廠家對變頻器的操作方法設定略有差異，但就其工作模式主要有面板操作模式和外部操作模式。要合理使用變頻器，應多參考變頻器廠家提供的使用手冊，在實際應用中多積累經驗。本文后面將具體分析幾個故障。 第四章 變頻器過電壓故障原因分析及對策4、1變頻器過電壓的危害 變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，中間直流回路過電壓主要危害在于：（1）引起電動機磁路飽和。對于電動機來說，電壓主過高必然使電機鐵芯磁通增加，可能導致磁路飽和，勵磁電流過大，從面引起電機溫升過高；（2）損害電動機絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，對電機絕緣壽命有很大

43、的影響；（3）對中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴重時會引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在DC800V左右，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護。 4、2產生變頻器過電壓的原因 4、2、1.過電壓的原因 一般能引起中間直流回路過電壓的原因主要來自以下兩個方面： （1）來自電源輸入側的過電壓 通常情況下的電源電壓為380V，允許誤差為-5%-+10%，經三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591V，個別情況下電源線電壓達到450V，其峰值電壓也只有636V，并不算很高，一般電源電壓不會使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側的過電壓主要是指電源側的沖擊過電壓，

44、如雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓等，主要特點是電壓變化率dv/dt和幅值都很大。 （2）來自負載側的過電壓 主要是指由于某種原因使電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)時，即電機處于實際轉速比變頻頻率決定的同步轉速高的狀態(tài)，負載的傳動系統(tǒng)中所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過逆變器的6個續(xù)流二極管回饋到變頻器的中間直流回路中。此時的逆變器處于整流狀態(tài)，如果變頻器中沒采取消耗這些能量的措施，這些能量將會導致中間直流回路的電容器的電壓上升。達到限值即行跳閘。 4、2、2.變頻器負載側引起過電壓的情況及主要原因 從變頻器負載側可能引起過電壓的情況及主要原因如下： （1）變頻器減速時間參數設定

45、相對較小及未使用變頻器減速過電壓自處理功能。當變頻器拖動大慣性負載時，其減速時間設定的比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負載拖動電動機的轉速比變頻器輸出的頻率所對應的轉速還要高，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器沒有能量處理單元或其作用有限，因而導致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護值，就會出現(xiàn)過電壓跳閘故障。 大多數變頻器為了避免跳閘，專門設置了減速過電壓的自處理功能，如果在減速過程中，直流電壓超過了設定的電壓上限值，變頻器的輸出頻率將不再下降，暫緩減速，待直流電壓下降到設定值以下后再繼續(xù)減速。如果減速時間設定不合適，又沒有利用減速過

46、電壓的自處理功能，就可能出現(xiàn)此類故障。 （2）工藝要求在限定時間內減速至規(guī)定頻率或停止運行。工藝流程限定了負載的減速時間，合理設定相關參數也不能減緩這一故障，系統(tǒng)也沒有采取處理多余能量的措施，必然會引發(fā)過壓跳閘故障。 （3）當電動機所傳動的位能負載下放時，電動機將處于再生發(fā)電制動狀態(tài)。位能負載下降過快，過多回饋能量超過中間直流回路及其能量處理單元的承受能力，過電壓故障也會發(fā)生。 （4）變頻器負載突降。變頻器負載突降會使負載的轉速明顯上升，使負載電機進入再生發(fā)電狀態(tài)，從負載側向變頻器中間直流回路回饋能量，短時間內能量的集中回饋，可能會中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發(fā)過電壓故障。 （5）

47、多個電機拖動同一個負載時，也可能出現(xiàn)這一故障，主要由于沒有負荷分配引起的。以兩臺電動機拖動一個負載為例，當一臺電動機的實際轉速大于另一臺電動機的同步轉速時，則轉速高的電動機相當于原動機，轉速低的處于發(fā)電狀態(tài)，引起了過電壓故障。處理時需加負荷分配控制。可以把變頻器輸出特性曲線調節(jié)的軟一些。 （6）變頻器中間直流回路電容容量下降 變頻器在運行多年后，中間直流回路電容容量下降將不可避免，中間直流回路對直流電壓的調節(jié)程度減弱，在工藝狀況和設定參數未曾改變的情況下，發(fā)生變頻器過電壓跳閘幾率會增大，這時需要對中間直流回路電容器容量下降情況進行檢查。4、3過電壓故障處理對策 對于過電壓故障的處理，關鍵一是中

48、間直流回路多余能量如何及時處理；二是如何避免或減少多余能量向中間直流回路饋送，使其過電壓的程度限定在允許的限值之內。下面是主要的對策。 4、3、1.在電源輸入側增加吸收裝置，減少過電壓因素 對于電源輸入側有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補償電容在合閘或斷開時形成的過電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。 4、3、2.從變頻器已設定的參數中尋找解決辦法 在變頻器可設定的參數中主要有兩點：是減速時間參數和變頻器減速過電壓自處理功能。在工藝流程中如不限定負載減速時間時，變頻器減速時間參數的設定不要太短，而使得負載動能釋放的太快，該參數的設定要以不引起中間回

49、路過電壓為限，特別要注意負載慣性較大時該參數的設定。如果工藝流程對負載減速時間有限制，而在限定時間內變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，就要設定變頻器失速自整定功能或先設定變頻器不過壓情況下可減至的頻率值，暫緩后減速至零，減緩頻率減少的速度。 4、3、3.通過控制系統(tǒng)功能優(yōu)勢解決變頻器過電壓問題 在很多工藝流程中，變頻器的減速和負載的突降是受控制系統(tǒng)支配的，可以利用控制系統(tǒng)的一些功能，在變頻器的減速和負載的突降前進行控制，減少過多的能量饋入變頻器中間直流回路。如對于規(guī)律性減速過電壓故障，可將變頻器輸入側的不可控整流橋換成半可控或全控整流橋，在減速前將中間直流電壓控制在允許的較低值，相對加大中間直流回路承

50、受饋入能量的能力，避免產生過電壓故障。而對于規(guī)律性負載突降過電壓故障，可利用控制系統(tǒng)如SIEMENS的PLC系統(tǒng)的控制功能，在負載突降前，將變頻器的頻率作適當提升，減少負載側過多的能量饋入中間直流回路，以減少其引起的過電壓故障。 4、3、4.采用增加泄放電阻的方法 一般小于7.5kW的變頻器在出廠時內部中間直流回路均裝有控制單元和泄放電阻，大于7.5kW的變頻器需根據實際情況外加控制單元和泄放電阻，為中間直流回路多余能量釋放提供通道，是一種常用的泄放能量的方法。其不足之處是能耗高，可能出現(xiàn)頻繁投切或長時間投運，致使電阻溫度升高、設備損壞。 4、3、5.在輸入側增加逆變電路的方法 處理變頻器中間

51、直流回路能量最好的方法就是在輸入側增加逆變電路，可以將多余的能量回饋給電網。但逆變橋價格昂貴，技術要求復雜，不是較經濟的方法。這樣在實際中就限制了它的應用，只有在較高級的場合才使用。 4、3、6.采用在中間直流回路上增加適當電容的方法中間直流回路電容對其電壓穩(wěn)定、提高回路承受過電壓的能力起著非常重要的作用。適當增大回路的電容量或及時更換運行時間過長且容量下降的電容器是解決變頻器過電壓的有效方法。這里還包括在設計階段選用較大容量的變頻器的方法，是以增大變頻器容量的方法來換取過電壓能力的提高。 4、3、7.在條件允許的情況下適當降低工頻電源電壓 目前變頻器電源側一般采用不可控整流橋，電源電壓高，中

52、間直流回路電壓也高，電源電壓為380V、400V、450V時，直流回路電壓分別為537V、565V、636V。有的變頻器距離變壓器很近，變頻器輸入電壓高達400V以上，對變頻器中間直流回路承受過電壓能力影響很大，在這種情況下，如果條件允許可以將變壓器的分接開關放置在低壓檔，通過適當降低電源電壓的方式，達到相對提高變頻器過電壓能力的目的。 4、3、8.多臺變頻器共用直流母線的方法 至少兩臺同時運行的變頻器共用直流母線可以很好的解決變頻器中間直流回路過電壓問題，因為任何一臺變頻器從直流母線上取用的電流一般均大于同時間從外部饋入的多余電流，這樣就可以基本上保持共用直流母線的電壓。使用共用直流母線存在

53、的最大的問題應是共用直流母線保護上的問題，在利用共用直流母線解決過電壓的問題時應注意這一點。 變頻器中間直流過電壓故障是變頻器的一個弱點，關鍵是要分清原因，結合變頻器本身參數、控制系統(tǒng)狀況和工藝流程等情況，才能制定相應的對策，只要認真對待，該過電壓故障是不難解決的第五章 變頻器常見干擾故障分析及對策 變頻器作為一種高效節(jié)能的電機調速裝置，因其較高的性能價格比，在工廠得到了越來越廣泛的應用。眾所周知，變頻器是由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。其中整流電路和逆變電路中均使用了半導體開關元件，在控制上則采用的是PWM控制方式，這就決定了變頻器的輸入、輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多的高次諧波成分。這些高次諧波成分將會引起電網電壓波形的畸變，產生無線電干擾電波，它們對周邊的設備、包括變頻器的驅動對象-電動機帶來不良的影響。同時由于變頻器的使用，電網電源電壓中會產生高次諧波的成分，電網電源內有晶閘管整流設備工作時，會引導電源波形產生畸形。另外，由于遭受雷擊或電源變壓器的開閉，電功率用電器的開閉等，產生的浪涌電壓，也將使電源波形畸變，這種波形畸變的電網電源給變頻器供電時，又將對變頻器產生不良影響。本章將對于上述現(xiàn)象進行了分析并提出了降低這些不良影響的措施。 5、1外界對變頻器的干擾 供電電源對變頻器的干擾主要有過壓、欠壓、瞬時掉電；浪涌、跌落；尖峰電壓脈沖；射頻干擾。變